聽力正常青年人的低通濾波言語測(cè)試研究*

林珊珊 蘇俊 王航

低通濾波言語(low-pass filtered speech, LPFS)測(cè)試是指讓受試者聆聽經(jīng)過低通濾波處理過的言語材料后還原語音信息，得出言語識(shí)別率并分析其言語能力。言語具有一定的冗余度，冗余度是指在語音信息識(shí)別和理解過程中未起作用的多余信息[1]；LPFS測(cè)試過濾了言語材料中的一些信息，降低了言語冗余度，考察在冗余度減少的情況下受試者還原和聽清言語的能力，以反映聽覺中樞對(duì)語音信息的處理能力。

1954年，Bocca等[2]首次發(fā)現(xiàn)使用濾波言語增加測(cè)試難度后，更容易發(fā)現(xiàn)聽中樞的聽覺處理障礙，隨后濾波言語材料開始被應(yīng)用于中樞病變的診斷。多年來LPFS測(cè)試在國(guó)外取得了較大進(jìn)步，已廣泛應(yīng)用于臨床，目前國(guó)內(nèi)研究較少。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)聽中樞處理障礙疾病的越來越重視，亟需開展此類測(cè)試的系統(tǒng)研究，故本研究選取郗昕等[3]編制的漢語普通話單音節(jié)測(cè)試詞表作為語音材料進(jìn)行低通濾波處理，對(duì)聽力正常青年人行LPFS測(cè)試，分析低通濾波測(cè)試中的言語識(shí)別能力特性，為臨床應(yīng)用提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1測(cè)試對(duì)象 聽力正常青年人40例(80耳)，其中男20例，女20例，年齡19～21歲，平均20.55±0.71歲。受試者均為大學(xué)本科學(xué)歷，均為右利手；日常交流方式為普通話，既往無耳科疾病、精神以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史，身體健康；耳鏡檢查正常，純音聽閾在正常范圍(雙耳0.25、0.5、1、2和4 kHz氣導(dǎo)閾值≤20 dB HL)，鼓室導(dǎo)抗圖均為A型，聲反射閾均可引出；最大舒適級(jí)(maximum comfortable level, MCL)處的漢語普通話單音節(jié)詞表[3]言語識(shí)別率為96%～100%。

1.2測(cè)試材料的制作 選取漢語普通話單音節(jié)測(cè)試詞表22張[3]，應(yīng)用MATLAB語言編寫最優(yōu)化等波紋有限沖激響應(yīng)(finite impulse response, FIR)濾波器程序處理音頻。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，低通濾波處理后得到截止頻率分別為0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、4、6、8 kHz的濾波材料，一個(gè)截止頻率對(duì)應(yīng)處理兩張?jiān)~表，濾波斜率為100 dB/倍頻程。處理后運(yùn)用Adobe Audition CS6音頻處理軟件將所有測(cè)試材料的聲音文件進(jìn)行強(qiáng)度歸一化處理，處理前后的單音節(jié)詞頻譜圖見圖1。

圖1 0.25、1.25及8 kHz截止頻率下過濾單音節(jié)詞的頻譜特性比較圖

1.3測(cè)試儀器和環(huán)境 使用Bell inventis純音聽力計(jì)，在本底噪聲小于30 dB A且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的隔聲室中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前用校準(zhǔn)音進(jìn)行校準(zhǔn)，通過調(diào)節(jié)電平，使電平旋鈕達(dá)到VU表0 dB處，言語材料通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)聲卡輸入聽力計(jì)的Channel1中，完成測(cè)試準(zhǔn)備。測(cè)試時(shí)，受試者舒適地坐于隔聲室內(nèi)，佩戴TDH-39氣導(dǎo)耳機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

1.4測(cè)試方法 測(cè)試前首先獲得受試者的MCL，而后以MCL為給聲強(qiáng)度進(jìn)行未經(jīng)濾波處理的單音節(jié)詞表測(cè)試，記錄受試者的言語識(shí)別率，當(dāng)識(shí)別率達(dá)96%～100%時(shí)，進(jìn)行LPFS測(cè)試。測(cè)試前告知受試者規(guī)則：“測(cè)試開始時(shí)，你將從一側(cè)耳機(jī)內(nèi)聽見一系列單音節(jié)詞，22張?jiān)~表中每個(gè)詞間隔4秒。復(fù)述你聽見的單音節(jié)詞，即使聽不清該詞，也盡力模仿所聽見的發(fā)音”。每張?jiān)~表有25個(gè)單音節(jié)詞，每側(cè)耳分別測(cè)試13個(gè)詞表；給聲強(qiáng)度定為受試者M(jìn)CL，隨機(jī)播放低通濾波言語材料；測(cè)試完一側(cè)耳后，休息5分鐘，再進(jìn)行另一側(cè)耳的測(cè)試；由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員進(jìn)行評(píng)分，計(jì)算受試者每張?jiān)~表的言語識(shí)別率：言語識(shí)別率=(正確單音節(jié)詞數(shù)/總單音節(jié)詞數(shù))×100%。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用Pearson相關(guān)分析探討不同截止頻率與言語識(shí)別率的相關(guān)性，Wilcoxon秩檢驗(yàn)兩兩比較相鄰的兩個(gè)截止頻率之間總體言語識(shí)別率的差異性；采用Mann-Whitney檢驗(yàn)對(duì)左、右耳和男、女受試者之間的言語識(shí)別率差異進(jìn)行分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

正常青年人0.25～8 kHz低通濾波條件下得出的言語識(shí)別率結(jié)果見表1。對(duì)相鄰截止頻率的總體言語識(shí)別率進(jìn)行兩兩比較，可見2.5 kHz與3 kHz、4 kHz與6 kHz這兩對(duì)截止頻率間的言語識(shí)別率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其余頻率所得言語識(shí)別率之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；采用Pearson相關(guān)性分析可知，截止頻率與言語識(shí)別率呈顯著正相關(guān)(r=0.765，P<0.05)，隨著截止頻率從0.25 kHz增加至8 kHz，言語識(shí)別率均值也相應(yīng)的提高，從1.15%增加至98.65%。

表1 不同低通濾波截止頻率條件下正常青年人總體及不同耳別、性別言語識(shí)別率比較

注：*與相鄰較低頻率比較，P<0.05；△與右耳相同頻率比較，P<0.05；▲與女性同一頻率比較，P<0.05

低通濾波條件下的總體言語識(shí)別率隨截止頻率的變化趨勢(shì)可見圖2a，在截止頻率為0.25～1 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率均值低于36.20%；在1～1.5 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為36.20%～60.20%；在1.5～2 kHz的范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為60.20%～81.35%；在2～3 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率為81.35%～86.80%；在截止頻率達(dá)到4 kHz以上時(shí)，言語識(shí)別率高于96%。

左、右耳的言語識(shí)別率結(jié)果見表1和圖2b，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz這5個(gè)截止頻率下，左、右耳之間言語識(shí)別率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均為P<0.05)，且除了2.5 kHz的言語識(shí)別率為右耳高于左耳外，其余4個(gè)頻率均為左耳高于右耳。表1及圖2c顯示男、女性的言語識(shí)別率，男、女受試者的言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線幾乎重合，僅在1 kHz處男性高于女性(P<0.05)。

圖2 低通濾波條件下言語識(shí)別率與濾波器截止頻率的關(guān)系 注:與相鄰較低頻率比較,?P<0.05;與右耳比較,△P<0.05;與女性比較,▲P<0.05

3 討論

LPFS測(cè)試始于1954年，Bocca等[2]首先使用低通濾波減少言語的冗余度作為聽中樞處理障礙患者的測(cè)試材料，得出LPFS測(cè)試容易發(fā)現(xiàn)聽中樞處理障礙的結(jié)論。1983年，程錦元等[4]編制了一份LPFS測(cè)試詞表，針對(duì)不同人群得出清晰度均值，奠定了國(guó)內(nèi)LPFS測(cè)試的基礎(chǔ)，但此后國(guó)內(nèi)研究較少。目前，LPFS測(cè)試在臨床常用來檢查(中樞)聽處理障礙[(central) auditory processing disorder, (C)APD]。由于聽覺系統(tǒng)中神經(jīng)通路的豐富性和語音信息的冗余度，即使語音信號(hào)部分缺失或難以理解時(shí)，正常人也能夠識(shí)別言語[5]；但這種能力在(C)APD患者中經(jīng)常受損，這可能反映了潛在的中樞聽覺神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。因此，LPFS測(cè)試結(jié)果的異常提示患者可能患有(C)APD[6,7]。

本研究所得的總體言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線與程錦元等[4]和Chen等[8]的低通濾波單音節(jié)詞識(shí)別率曲線類似，呈現(xiàn)兩端平穩(wěn)、中間較陡的變化趨勢(shì)。文中結(jié)果顯示LPFS測(cè)試的截止頻率與言語識(shí)別率呈顯著正相關(guān)，隨著截止頻率的增加，言語識(shí)別率隨之上升；當(dāng)截止頻率≤0.75 kHz，言語識(shí)別率隨截止頻率的提高而緩慢增加，在0.75～2 kHz范圍內(nèi)，言語識(shí)別率隨截止頻率的提高而迅速上升，在1.5 kHz處言語識(shí)別率達(dá)到60.20%，2 kHz之后言語識(shí)別率上升趨勢(shì)變緩，最后在4 kHz之后言語識(shí)別率達(dá)到最大值；在2.5 kHz與3 kHz、4 kHz與6 kHz這兩對(duì)截止頻率間的言語識(shí)別率無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明在2.5～3 kHz和4～6 kHz頻率范圍內(nèi)的高頻信息對(duì)本測(cè)試材料下的單音節(jié)詞識(shí)別可能具有相同的貢獻(xiàn)。

研究認(rèn)為言語中的高頻成分(輔音)對(duì)語音清晰度十分重要，缺少高頻成分會(huì)導(dǎo)致難以理解言語[9]。既往研究表明，在漢語言語聲中0.5 kHz以上的頻率成分對(duì)言語識(shí)別率的貢獻(xiàn)占95%，特別是在0.5～2 kHz范圍內(nèi)對(duì)言語識(shí)別率的作用占70%[10]。本文結(jié)果顯示，在截止頻率為0.5～2 kHz范圍內(nèi)的言語識(shí)別率為9.6%～81.35%，對(duì)言語識(shí)別率的貢獻(xiàn)接近70%，這一結(jié)果與上述研究一致。孫喜斌等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)0.25～2 kHz的聽力水平進(jìn)入言語香蕉圖時(shí)，其最大言語識(shí)別率能達(dá)到70%，助聽器效果較適合，此時(shí)佩戴者的言語識(shí)別能力較好。以上結(jié)果均表明了0.5～2 kHz范圍內(nèi)的頻率成分對(duì)言語理解是十分重要的。另外，文中結(jié)果顯示，截止頻率為1.5、1.75和2 kHz所對(duì)應(yīng)的言語識(shí)別率達(dá)到了60%以上，分別為60.20%、66.40%和81.35%，提示在臨床上使用助聽設(shè)備時(shí)，主要補(bǔ)償0.5～2 kHz，尤其要補(bǔ)償1.5～2 kHz頻率范圍，對(duì)佩戴者的言語理解十分關(guān)鍵。

Chen等[8]使用普通話材料下的語音平衡(phonetically balanced, PB)單音節(jié)詞對(duì)聽力正常青年人行濾波斜率為60 dB/倍頻程的LPFS測(cè)試，將本研究結(jié)果與其結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在截止頻率小于2 kHz時(shí)，其言語識(shí)別率均超出本研究結(jié)果約10%，而2 kHz截止頻率之后的言語識(shí)別率與本研究結(jié)果相吻合；原因可能是本研究的濾波斜率設(shè)置為100 dB/倍頻程，對(duì)言語材料的濾波水平更高，增加了測(cè)試難度，因此濾波斜率的設(shè)置也是影響LPFS測(cè)試結(jié)果的重要因素。另一方面，對(duì)2 kHz截止頻率前后的結(jié)果對(duì)比差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了2 kHz以下范圍內(nèi)的頻率成分對(duì)言語識(shí)別的重要性。

目前已報(bào)道了在LPFS測(cè)試中出現(xiàn)的右半球(RH)/左耳優(yōu)勢(shì)(LEA)[12]，從本研究對(duì)比受試者左、右耳的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在1.25、1.5、2.5、3及6 kHz截止頻率下，左、右耳的言語識(shí)別率存在差異；2.5、6 kHz截止頻率下的耳間言語識(shí)別率差值小于4%，雖有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但無臨床意義；1.25、1.5、3 kHz截止頻率下的左耳言語識(shí)別率高于右耳，且超過4%，具有顯著差異，提示LPFS測(cè)試在某個(gè)截止頻率范圍內(nèi)可能存在左耳優(yōu)勢(shì)。此外，文中結(jié)果顯示男、女受試者的言語識(shí)別率僅在1 kHz處存在微小差異，而其余頻率均無差異，說明受試者性別不影響LPFS測(cè)試。

綜上所述，本研究顯示，LPFS測(cè)試所得言語識(shí)別率隨截止頻率變化曲線呈中部陡峭、兩端平穩(wěn)的S形曲線，言語識(shí)別率隨著截止頻率的增加而明顯上升，在0.75～2 kHz范圍內(nèi)上升迅速，當(dāng)截止頻率達(dá)到1.5 kHz以上時(shí)，言語識(shí)別率≥60.20%；LPFS測(cè)試受耳別影響，可能存在左耳優(yōu)勢(shì)，而性別對(duì)測(cè)試結(jié)果無影響；本研究獲得了正常青年人在不同低通濾波條件下的言語識(shí)別率，得出了本實(shí)驗(yàn)室正常值，可為臨床提供參考。另外，漢語LPFS測(cè)試材料的制作要考慮言語材料的選取，以及截止頻率和濾波斜率的設(shè)置，這些有待做進(jìn)一步研究。